《传感器与检测技术》课件ppt1传感器的一般特性

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1、第一章传感器的一般特性11.1传感器的静特性1.2传感器的动特性1.3传感器的技术指标2在工程应用中，任何测量装置性能的优劣总要以一系列的指标参数衡量，通过这些参数可以方便地知道其性能。这些指标又称之为特性指标。传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系。它通常根据输入(传感器所测量的量)的性质来决定采用何种指标体系来描述其性能。当被测量(输入量)为常量，或变化极慢时，一般采用静态指标体系，其输入与输出的关系为静态特性；当被测量(输入量)随时间较快地变化时，则采用动态指标体系，其输入与输出的关系为动态特性。1.1传感器的静态特性3传感器的静态特性是指被

2、测量的值处于稳定状态时的输出与输入的关系。如果被测量是一个不随时间变化，或随时间变化缓慢的量，可以只考虑其静态特性，这时传感器的输入量与输出量之间在数值上一般具有一定的对应关系，关系式中不含有时间变量。对静态特性而言，传感器的输入量x与输出量y之间的关系通常可用一个如下的多项式表示：y=a0+a1x+a2x2+…+anxn4式中：a0——输入量x为零时的输出量；a1——传感器的灵敏度，常用K表示。a2，…，an——非线性项系数。各项系数决定了特性曲线的具体形式。传感器的静态特性可以用一组性能指标来描述，如灵敏度、迟滞、线性度、重复性和漂移等。4种典型

3、情况a理想线性bx奇次项的非线性cx偶次项的非线性dx奇、偶次项的非线性y=a1xy=a1x+a3x3+…y=a1x+a2x2+a4x4…y=a1x+a2x2+…+anxn1、线性度传感器的线性度是指传感器的输出与输入之间数量关系的线性程度。输出与输入关系可分为线性特性和非线性特性。从传感器的性能看，希望具有线性关系，即理想输入输出关系。但实际遇到的传感器大多为非线性。在实际使用中，为了标定和数据处理的方便，希望得到线性关系，因此引入各种非线性补偿环节，如采用非线性补偿电路或计算机软件进行线性化处理，从而使传感器的输出与输入关系为线性或接近线性，但如

4、果传感器非线性的方次不高，输入量变化范围较小时，可用一条直线（切线或割线）近似地代表实际曲线的一段，使传感器输入输出特性线性化，所采用的直线称为拟合直线。传感器的线性度是指在全量程范围内校准曲线与拟合直线之间的最大偏差值Δymax与满量程输出值yFS之比。线性度也称为非线性误差，用表示，即式中：Δymax——最大非线性绝对误差；yFS——满量程输出值。拟合直线校准曲线直线拟合线性化出发点获得最小的非线性误差拟合方法：①理论拟合；②过零旋转拟合；③端点连线拟合；④端点连线平移拟合；⑤最小二乘拟合；⑥最小包容拟合①理论拟合拟合直线为传感器的理论特性，与实

5、际测试值无关。方法十分简单，但一般说较大xyΔymax②过零旋转拟合曲线过零的传感器。拟合时，使xyΔy2Δy1③端点连线拟合（端基法）把输出曲线两端点的连线作为拟合直线xy④端点连线平移拟合在端点连线拟合基础上使直线平移，移动距离为原先的一半yxΔymaxΔy1设拟合直线方程：0yyixy=kx+bxI最小二乘拟合法⑤最小二乘拟合y=kx+b若实际校准测试点有n个，则第i个校准数据与拟合直线上响应值之间的残差为最小二乘法拟合直线的原理就是使为最小值，即Δi=yi-(kxi+b)对k和b一阶偏导数等于零，求出a和k的表达式即得到k和b的表达式将k和b

6、代入拟合直线方程，即可得到拟合直线，然后求出残差的最大值Lmax即为非线性误差。2、灵敏度传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比即为其静态灵敏度表征传感器对输入量变化的反应能力(a)线性传感器(b)非线性传感器3、迟滞正（输入量增大）反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞—正反行程间输出的最大差值。xY产生这种现象的主要原因是由于传感器敏感元件材料的物理性质和机械另部件的缺陷所造成的，例如弹性敏感元件弹性滞后、运动部件摩擦、传动机构的间隙、紧固件松动等。迟滞误差又称为回差或变差。4、重复性重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程

7、连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。重复性误差属于随机误差，常用标准差σ计算，也可用正反行程中最大重复差值ΔRmax计算，即或重复性5.零点漂移传感器无输入（或某一输入值不变时），每隔一段时间进行读数，其输出偏离零值（或原指示值），即为零点漂移零漂＝式中ΔY0——最大零点偏差；YFS——满量程输出。6、温漂传感器在外界温度下输出量发出的变化温漂＝式中Δmax——输出最大偏差；ΔT——温度变化范围；YFS——满量程输出。与精确度有关指标：精密度、准确度和精确度(精度)7、精确度准确度：说明传感器输出值与真值的偏离程度。如,某流量传感器的准确度为0

8、.3m3/s，表示该传感器的输出值与真值偏离0.3m3/s。准确度是系统误差大小的标志，准确度高意味着系统误